книги / Оборудование для подготовки материалов

барабанами и продувкой смеси на перфорированных пластинчатых конвейерах успешно работают на современных автоматических литейных линиях. Так, на Волжском автомобильном заводе работает несколько таких установок производительностью 200 т/ч. На рис. 1.43 приведена принципиальная схема такой установки.

Испаритель, или перфорированный конвейер, установки, на котором производится испарительное охлаждение, имеет ширину 2 м и длину 30 м и сделан из коррозионно-стойкой стали. Скорость его 10 м/мин, следовательно, продолжительность охлаждения составляет 3 мин. Отверстия расположены на пластинах конвейера с шагом 40 × 40 мм и имеют диаметр 3 мм. Количество продуваемого воздуха 23 000 м3/ч, давление 275 мм вод. ст. Температура поступающей в гомогенизатор смеси в среднем 100 °С, а температура смеси после охладителя — 35 °С. Увлажнение смеси в гомогенизаторе производится из расчета 1 % влаги на каждые 25° необходимого охлаждения.

Рис. 1.43. Схема установки завода «Фишер» для охлаждения отработанной формовочной смеси с гомогенизатором: 1 — ленточный конвейер подачи смеси в гомогенизатор; 2 и 2а — щупы количества смеси на ленте; 3 — гомогенизатор; 4 — отсосы; 5 — автоматическое увлажнение; 6 — ленточный конвейер подачи смеси в охладитель; 7 — перфорированный пластинчатый охладительный конвейер; 8 — грабли, разравнивающие смесь; 9 — дроссельный клапан; 10 — главный вентилятор; 11 — отсос над охладителем; 12 — отсасывающее устройство; 13 — уборочный ленточный конвейер под охладителем

81

Охлаждение отработанной формовочной смеси в потоке центральной смесеприготовительной системы может быть осуществлено и с применением других устройств и машин, установок для охлаждения в кипящем слое, охладительных барабанов, машин типа маятниковых смесителей (без катков) с интенсивной продувкой воздухом. Однако все эти установки пока не нашли устойчивого промышленного применения.

1.2.4. Регенерация отработанных и стержневых смесей

Регенерация — совокупность технологических операций, связанных с восстановлением физико-механических свойств отработанных формовочных и стержневых смесей.

Под влиянием тепла металла, заливаемого в форму, составные части формовочной смеси подвергаются различным изменениям. Сосредоточение тепла в форме способствует протеканию химических реакций как между металлом и формой, так и между веществами, содержащимися в формовочной массе.

Вследствие разности температур в различных слоях формы процессы, вызывающие изменения в смеси, будут происходить неодинаково. Так, модификационные превращения кварца начинаются при температуре 575 °С, причем они сопровождаются изменением объема зерен песка, приводящим иногда к растрескиванию их и образованию пылевидных частиц. Увеличение количества пылевидных частиц в смеси происходит также за счет сгорания различных добавок, дегидратации глин и др.

Частицы двуокиси кремния и глин, расположенные в слоях, близких к отливке, находясь в тесном соприкосновении с окислами некоторых металлов, образуют силикаты — пригарные корки различных размеров. Кроме того, в отработанной смеси постоянно находятся сростки зерен песка, образуемые вследствие склеивания последних обожженной глиной или другим связующим веществом, а также металлические и другие частицы.

Таким образом, тепловое воздействие залитого в форму металла вызывает:

82

а) изменение зернового состава смеси в сторону увеличения мелких и крупных фракций за счет сокращения средних основных фракций зернистости;

б) изменение структуры и состояния пленок связующих на поверхности зерен песка.

Кварцевый песок, составляющий основную массу смеси, почти не изменяет своих свойств и при соответствующей обработке может быть вновь использован в качестве свежего формовочного материала.

Известно, что на 1 т годных чугунных отливок расходуется примерно 6–10 т формовочной и 0,6–0,7 т стержневой смеси. Почти 95 % всех смесей — это смеси, свойства которых в процессе заливки металлом не изменяются. В результате резкого изменения свойств около 4–7 % смеси выбрасывается в отвал. Для компенсации этого количества смеси ежегодно на доставку свежих материалов, их хранение и переработку затрачиваются значительные средства. В связи с этим важной проблемой становится обеспечение многократного использования формовочных материалов благодаря восстановлению первоначальных свойств песчаной основы смеси, т. е. ее регенерации.

Все операции по восстановлению качества формовочных и стержневых смесей можно разделить на три группы: подготовительные, активационные и классификационные.

К подготовительным операциям относятся магнитная сепарация смеси, просев и дробление, обеспечивающие разделение сростков зерен на отдельные частицы. К активационным — очистка поверхности зерен песка от пленок, в результате чего повышается активность поверхности этих зерен. Классификационные операции предусматриваются для разделения регенерата на классы по гранулометрическому составу.

Характер активационных операций определяет метод регенерации смеси. Существуют методы (термический, гидравлический, механические и электрические), пользуясь которыми можно восстановить качество песков из отработанных смесей.

83

Выбор метода регенерации зависит от характера производства, технологии изготовления отливок, вида связующего материала, используемого в смесях, наличия источников воды и других факторов.

1.2.4.1. Механизация термической регенерации

Термический метод предусматривает прокаливание отработанной смеси при температуре 550–800 °С в барабанных горизонтальных или вертикальных многоподовых печах с последующим охлаждением и воздушной сепарацией. В процессе прогрева песка в печи пленки, обволакивающие зерна, сгорают или отделяются, что позволяет увеличить свободную энергию их поверхности.

Рис. 1.44. Схема установки для термической регенерации отработанных смесей

84

Одним из видов термического способа регенерации отработанной смеси является обжиг в кипящем слое. Процесс обжига в этом случае протекает значительно быстрее, чем в нагревательных печах, благодаря увеличению открытой поверхности частиц смеси. Метод обжига наиболее распространен для регенерации смесей, в которых связующим веществом являются синтетические органические смолы, труднорастворимые в воде и имеющие высокую прочность после термической обработки.

На рис. 1.46 приведена схема установки для регенерации отработанных смесей оболочкового литья, в которой в качестве источника тепла использованы ваграночные газы. Опишем порядок работы этой установки.

Предварительно подготовленная отработанная смесь непрерывно подается в вертикальную колонну круглого сечения из листовой стали, выложенную жароупорным кирпичом. Колонна состоит из двух камер: верхней 3 — обжигательной и нижней 4 — охлаждающей. Через верхнюю камеру постоянно протекают горячие газы, выходящие из вагранки 2, которые и нагревают отработанную смесь. В нижней камере происходит охлаждение смеси воздухом, нагнетаемым в фурменный пояс 1 вагранки. Таким образом, воздух, нагретый при охлаждении смеси, вновь используют для ваграночного дутья. Камера охлаждения заканчивается бункером с затвором 5, через который смесь может поступать либо на ленточный конвейер 6, либо для повторной обработки — в ковши вертикального элеватора 7.

1.2.4.2. Механизация мокрой регенерации песка

Гидравлический метод регенерации заключается в том, что после раздробления комьев смеси и удаления металлических включений зерна отмываются от глины и пылевидных частиц. Промытый и обеспыленный песок обезвоживается или высушивается в печи, проходит вторично магнитную сепарацию и просев, а затем поступает для повторного использования. При этом способе регенерации с зерен песка удаляются глинистые пленки и легко растворимые в воде связующие вещества.

85

Для отделения глины и пыли (мелких частиц песка, золы и т. п.) прибегают к гидравлической классификации. Песок промывается в потоке воды. При этом тяжелые зерна оседают, а более легкие частицы остаются взвешенными в воде. Если предупредить осаждение этих частиц, своевременно сливая воду, то в осадке будут содержаться лишь тяжелые, крупные частицы, которые после обезвоживания, сушки и просева могут быть использованы вместо свежего песка.

Гидравлический способ регенерации позволяет наиболее полно удалить из смеси глинистую составляющую, активизировать поверхность зерен и разделить песок на несколько классов. При этом способе отсутствует пылеобразование, что улучшает санитарно-гигиенические условия труда в литейных цехах.

Вместе с тем этот метод имеет ряд недостатков:

1)необходимость в большом количестве воды для промывки песка либо в специальных устройствах для осветления отработанной воды;

2)необходимость обезвоживания и последующей сушки песка, что требует дополнительных расходов на оборудование

итопливо;

3)необходимость в больших производственных площадях (отапливаемых в зимнее время) для размещения оборудования.

Однако несмотря на недостатки, способ гидравлической регенерации применяется на многих заводах как в нашей стране, так и за рубежом.

Схема одного из вариантов гидрорегенерационных установок показана на рис. 1.45. В состав установки входят гидрокамера 2, сита 1 и 4, валковая дробилка 3, бункер 6, ленточный транспортер 5, бак-агитатор 7, конический классификатор 8, спиральный классификатор 9, бункер 10, бак сливных вод 11, песколовка 12, осветитель 13, бак осветленной воды 14, бак шламовых вод 15, шламоотстойник 16.

Из гидрокамеры 2 отработанная смесь с водой после просева на сите 1 поступает в конический классификатор 8, куда по-

86

ступает также пульпа, полученная после дробления, просева и смешивания с водой крупных частиц смеси. Из конического классификатора частично обезвоженная смесь поступает на спиральные классификаторы 9, где происходит удаление остатков влаги и мельчайших частиц смеси (пыли). Отмытый таким образом песок собирается в бункерах 10, а вода с мелкими частицами песка, глины проходит через систему устройств 11–16, в которых осуществляется осветление воды и сбор шлама.

Рис. 1.45. Схема гидрорегенерационной установки

Рис. 1.46. Схема установки для гидроабразивной регенерации отработанных смесей

87

На рис. 1.46 приведена схема установки для гидроабразивной регенерации отработанных смесей. Основным узлом является оттирочная машина 2, в которую конвейером 1 подается сухая отработанная смесь, а насосом 8 — оборотная осветленная вода из шламоотстойника 9. Оттирочная машина представляет собой мельницу-мешалку и используется для мокрого измельчения, дезинтеграции и промывки глинистых руд.

Из оттирочной машины гидросмесь поступает в бак 3, в который по трубопроводу 10 подается вода, а затем насосом 4 последовательно передается в гидроциклон 5 и спиральный классификатор 6. Далее регенерат поступает в обезвоживающий бункер 7, а из него — на сушку.

Процесс гидрорегенерации смесей можно совместить с обработкой их импульсными электроразрядами в жидкости. В этом случае эффективность разрушения сростков зерен и очистка их поверхности от пленок повышается. Суть электрогидравлического эффекта кратко изложена в разделе дисциплины «Оборудование литейных цехов», в котором рассматривается электрогидравлическая очистка отливки.

1.2.4.3. Оборудование механического способа регенерации

К механическим методам регенерации относятся такие, в которых удаление пленок с поверхности зерен песка осуществляется путем удара, трения зерен друг о друга или о какую-либо шероховатую поверхность. В зависимости от того, каким образом передаются воздействия на смесь, различают пневматический, вибрационный, центробежный, ударный и другие методы.

Сущность пневматического метода регенерации заключается в использовании энергии высокоскоростного воздушного потока для отделения (путем ударов и истирания) инертных пленок от поверхности зерен песка и энергии низкоскоростного воздушного потока для удаления этих пленок и других пылевидных частиц из смеси.

Подлежащая регенерации отработанная смесь непрерывно подается через приемный носок 1 (рис. 1.47) в камеру 2, затем

88

в кольцевое пространство 4 и поступает в зазор между устьем вертикальной трубы и соплом 5. Сжатый воздух, выходя из сопла, увлекает частицы отработанной смеси и вводит их в трубу 3, где они разгоняются, приобретая определенную скорость. Вылетая из разгонной трубы, воздушно-песчаный поток встречает на своем пути щит 6 полусферической формы, на внутренней поверхности которого силой самого же воздушного потока удерживается слой песка.

крывающих их поверхности. Очищенный песок падает в загрузочное устройство для повторного очистительного цикла, а пылевидные частицы (пленки, зола, кварцевая пыль и др.), имеющие малую скорость витания, уносятся низкоскоростным потоком воздуха, создаваемым вентилятором, в специальные пылесборники.

Чем сильнее будет прижата частица песка к песчаному слою отбойно-истирающего щита и чем больший путь она пройдет при этом (т. е. чем больше очистительных циклов будет произведено в регенераторе), тем больше будет активирована ее поверхность.

89

Пневматические регенераторы могут быть созданы для работы на параллельном, последовательном и смешанном режимах. В зависимости от требуемой степени очистки отработанной смеси, ее объема каждая из указанных схем может быть решена в односекционном и многосекционном исполнении. В многосекционном регенераторе происходит перетекание материала из одной секции в другую, при этом очистительные циклы совмещаются по времени, производительность и качество очистки повышаются.

Рассмотрим технологическую схему пневморегенерационной установки (рис. 1.48).

Рис. 1.48. Схема пневморегенерационной установки

Оборудование установки состоит из четырех основных групп:

1.Оборудование для выполнения подготовительных операций: магнитный сепаратор 18 шкивного типа, ковшовый элеватор 4, вибрационное сито 5, бункер 15, ленточный транспортер 7, ленточный магнитный сепаратор 8, щековая дробилка 6, валковая дробилка 16, барабанный магнитный сепаратор 17 и сито 19.

2.Оборудование для выполнения активационных операций: пневматический регенератор 9, сито 10, воздуходувки 13, воздухораспределитель 12.

90